Устройство для анализа сложных функций

 

УСТРОЙСТВО.ДЛЯ АНАЛИЗА СЛОЖНЫХ ФУНКЦИЙ, содержащее генератор пилообразного напряжения, первую группу операционнЕях усилителей, выходы которых соединены с входами функциональных преобразователей группы подключенных к входам операционных усилителей второй группы, выходы которых соединены с входами сумматора, корректор скорости, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, двухкоордиватный самописец, цифровой вольтметр, интегратор, выходной коммутдтор, источник опорных напряжений и группу переменных регулиро- . вочных резисторов, выход сумматора соединен с входами корректора скорости , интегратора и nepBHNi информационным входом выходного коммутатора, первый управляющий вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, .входы двухкоординатного самописца,соединены с соотв.етствующими выходами выходного коммута тора, отличающееся тем, что с целью повышения быстродействия и точности работы устройства при графическом анализе сложных функций, оно дополнительно йодержит группу, согласующих усилителей и группу коммутаторов, причем первые входы кс 1мутаторов группы соединены с вьгаодами переменных регулировочных резисторов группы, вторые входы коммутаторов группы соединены с выходами источника опорных напряжений, первые и вторые выходы коммутаторов группы подключены соКЛ ответственно к вычитающим входам операционных усилителей первой и второй групп, третьи выходы комМуTsfTopOB группы через соответствую§ щие согласуют : э усилители группы соединены с соответствующими информационными входами группы выходного коммутатора группа-управляющих э входов которого подключена к четвертым выходам коммутаторов группы, to з:) выход интегратора соединен с вторым информационным входом выходного коммутатора, к соответствующим выходам которого подключены входы циф1 рового вольтметра, суммирующие вхо-да операционных усилителей первой группы соединены с выходом генератора пилообразного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у(я),G 066 7 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВ7ОИЯОМУ СВИДЕТЕЛЬ@;ИВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

ДО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНИЦТИЙ (21 ) 3395643/18-24 (22) 24.11.81 (46) 30.06.83. Бюл.924 (72) С.В. Бирюков и A.Ñ. Джус (71) Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения

AH СССР и Институт белка AH СССР (53)681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 458840, кл. 006 G 7/48, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 746590, кл. 006 G 7/48, 1970.

3. Прибор для разложения спект-. ральных кривых СК-2. Технический проект П 52.747.003 ПЗ, Пущино, 1975. (54)(57) УСТРОЙСТВО .ДЛЯ АНАЛИЗА

СЛОЖНЫХ ФУНКЦИИ, содержащее генератор пилообразного напряжения, первую группу операционных усилителей, выходы которых соединены с входами

Функциональных преобразователей группы подключенных к входам one3 рационных усилителей второй группы, выходы которых соединены с входами сумматора корректор скорости выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, двухкоординатный самописец, цифровой вольтметр, интегратор, выходной коммутатор, источник опорных напряжений и группу переменных регулировочных резисторов, выход сумматора соединен с входами корректора скорости, интегратора и первым информационным входом выходного коммутатора, первый управляющий вход которого

6И 03) г Ъ подключен к выходу генератора пилообразного напряжения,.входы двухкоординатного самописца, соединены с соответствующими выходами выходного коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности работы устройства при графическом анализе сложных функций, оно дополнительно содержит группу согласующих усилителей и группу коммутаторов, причем первые входы коммутаторов группы соединены с выводами переменных регулировочных резисторов группы, вторые входы коммутаторов группы соединены с выходами источника опорных напряжений, первые и вторые выходы ® коммутаторов группы подключены соответственно к вычитающим входам операционных усилителей первой и второй групп, третьи выходы коммутаторов группы через соответствующие согласующ :з усилители группы соединены с соответствующими информационными входами группы выходного коммутатора, группа управляющих входов которого подключена к четвертым выходам коммутаторов группы, выход интегратора соединен с вторым информационным входом выходного коммутатора, к соответствующим выходам которого подключены входы цифрового вольтметра, суммирующие вхо ды операционных усилителей гервой группы соединены с выходом генератора пилообразного напряжения.

1026146

Изобретение относится к вычисли- Известные устройства не обладают н и технике и автоматике и пред- высокой оперативностью графического назначено для графического анализа подбора модельно Фу ц н и нк ии к исходной и имеют невысокую точность съема сложных функций, аналогичных исходи м пол ейным с выхода параметров индивидуаль идуальных пиков

У ным функциям, получе ным с в хо е иссле- определяет низкую точность колианалитических приборов в ход чественного анализа исследуемого ве- 1

Ъ» дования многокомпонентных смесей. щества.

Исходные ФУнкции пРедставлЯют со- Низкая операт ность работы уст йбой композицию из совмещен ых пикОв ства обуславливается необходимостью

i0 многократного вывода модельной функисходной функции пи в Пp дят графический анализ функций и под- ции на а бор ее параметров, аиа чны аналогичных ис- лируемо от длительности как пиков судят о количественном соотно« фу"кции зависит шенин веществ входящих в исследуе» в исследуе» 15 лоГО цикла записи О., числа пико д в исследуеколичества регулируемых параметров мую на аналитическом приборе многоN, числа подгонок К„ для.подбора компонентную смесь. По значению чис

oro пика находят его к аждОГО и и е ого пика.. положения каждого

Наиболее близким по технической соответствие тому или иному вещестсущности к предлагаемому является прибор для разложения спектральных нап име и и аминокислотном ана- п к ив х СК-2 (3)„ cozepew@A nocaeо значению ширины каж- довательно соединенные первую группу циОналь ных преОбразователей

25 о структуре исследуемого щ ве ества. ных усилителей, сумматор, интегратор

Определение параметров индивидуальных пиков (положение, ширина, ампли туда 1 производят с помощ .нен с входами двухкоординатноГО самоис а вход блока развертки соединен с выходом сумматора а выход черазом, оперативность подбора модель к входам операционных усилителей

Нк ии к исходной и точность рез вы

Ой Группы Опера и нные силит

З5 ли первой и второй г у и сод р ат модельной функции являются определяю- ли перво и второ р, и па амет ами для данного устрой- регулировочные резисторы

Недостатком устройства является. ства. дл остаточно большая продолжительность

Известно устро дл ст ойство для анализа д анализа, обусловленная тем, что сложных спектрограмм, содержащее блоих с мма- 40 подбор положения, ширина и амплитуки Формирования составляющих, суммасмеси осущестприбор 1.

Г11 бл ает низкой ме того, при динамическом режиме

Однако устройство обладает низкой б и тся и высокая динаоперативностью подбора моделиру м и емой неиз ежно являе н ю иэ-за необхо- мическая логрешность моделирования.

45 родействия и точности работы устройвертки функции по координате 5, Роде ствия чтобы исключить ди намическ погреш- ства. ую

Поставленная цель достигается тем, ность записи, и низкой точностью что в устройство для анализа сложных ф нкций содержащее генератор пилообИзвестно устройство для анализа у сложных спектрограгм,.которое торое содер- разного напряжения, первую группу выхо колок азве тки, корректор скорос- операционных усилителей, выходы то ых соединены с входами функциоти с мматор, блок регистрации, торых с ти, сумма р, нальных преобразователей группы, ий иэ, Вухкоординатного самоподключенных к входам операционных ов о ми ования сос- усилителей,.второй группы, выходы и и ового вольтметра, а так- подклю

Руппу блоков Ф Рмирования сос . к х состоящих иэ последователь- которых с д тавляющих, со о щ ректор скорости, выход коно соедине ых.у р н нн х. зла егулировки по-. тсра, кор зла ег лировки ширины пи- торого сс единен с входом генератора ложения, узла,р у р

60 б азного напряжения двухкоорка, формирователя фу ц нк ий функцио пилоо р динатный самописец, цифровой вольтнального преобразователя, узла регуи зла регулировки метр, интегратор, выходной коммуталировки амплитуды и узла р

То источник опорных напряжений г и пе еменных регулировочных асимметрии пика, выход которого сое- тор, исто ик динен с вторым входом узла регулиров- и Группу Р

65 резисторов, выход сумматора соедики ширины пика 2 .

1026146

15

1 где КфАо—

30 о

45 .50

60 самописца 12 и цифрового вольтметра 13.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемую кривую помещают на двухкоординатный самописец. нен с входами корректора скорости, интегратора и первым информационным входом выходного коммутатора, первый управляющий вход,,которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, входы двухкоординатного самописца соединены с соответствующими выходами выходного коммутатора, дополнительно введены группа согласующих усилителей и группа коммутаторов, причем первые входы коюеутаторов группы соединены с выводами переменных регулировочных резисторов группи, вторые входы ком.мутаторов группы соединены с выходами источника опорных напряжений первые и вторые выходы. коммутаторов группы подключены соответственно к вычитающим входам операционных усилителей первой и второй групп, третьи выходы коммутаторов группы через соответствующие согласующие усили-.ели группы соединены с соответствующими информационными входами группы выходного коммутатора, группа управляющих входов которого подключена к четвертым выходам коммутаторов группы, выход интегратора соединен c вторым информационным входом выходного коммутатора; к соответствующим выходам которого подключены входы-цифрового вол тметра, суммирующие входы операционных усилителей первой группы соединены с выходом генератора пилообразного напряжения.

На чертеже представлена схема уст ройс тва.

Устройство содержит генератор

1 пилообразного напряжения, первую ,группу операционных усилителей 2, группу функциональных преобразователей 3 .гауссова типа, вторую группу операционных усилителей 4, сумматор 5, интегратор б, группу пере-. менных регулировочных резисторов 7, источник 8 опорных напряжений, группу коммутаторов 9, группу согласующих усилителей 10, выходной коммутатор 11, двухкоординатный самопи- . сец 12, цифровой вольтметр 13, корректор 14 скорости. Каждый операцион ный усилитель 2 через соответствующий коммутатор, находящийся в исходном состоянии, подключен к регуляторам.положения и ширины, расположенных в.группе регулировочных резисторов 7. положение каждого пика по координате X определяется величиной опорного напряжения, подаваемо

ro со средних выводов регуляторов положения, расположенных в группе

7, через соответствующие коммутаторы

9 группы на инвертирующие входы операционных усилителей 2 группы одновременно с пилообразним напряжением развертки. При этом на выводы регуляторов положения напряжение подается с источника 8 опорных напряжений через соответствующие коммутаторы 9 группы.

Регулировку ширины каждого моделируемого пика осуществляют путем изменения коэффициента передачи пилообразного напряжения в ссответствующих операционных"усилителях 2 с помощью регуляторов, которые входят в группу 7 и подключены в цепь обратной связи каждого из операционных усилителей .через соответствующие коммутаторы 9 группы.

Выходные напряжения операционных усилителей первой группы поступают на входы соответствующих функциональных преобразователей, входящих в группу функциональных преобраэое вателей З.Каждый иэ функциональных преобразователей формирует нелиней20 ную Гауссову, Лоренцеву или функцию переходной формы в соответствии зависимостью коэффициент формы," амплитуда пика; положение максимума пика, ширина пика, взятая на половине максимума амплитуды.

При Кф=1 формируется Гауссова функция, при К4,=0 Лоренцова, а при

17Кф О переходная.

Выходные напряжения функциональных преобразователей 3 поступают на соответствующие входы операционных усилителей, входящих во вторую группу операционных усилителей 4.

К каждому операционному усилителю 4 группы через контакты соответствующего коммутатора 9 группы в исходном состоянии подключен регу,лятор амплитуды, входящий в группу переменных регулировочных резисторов 7.

- Выходные напряжения операционных .усилителей второй группы поступают на соответствующие входы суммато-.. ра 5, выход которого подкличен к входу интегратора 6, входу коррек тора 14 скорости и одному иэ входов выходного коммутатора 11, на второй вход которого поступает напряжение с выхода интегратора 6. Вы. ходные напряжения сумматора. 5 и интегратора 6 поступают через коммутатор 11, находящийся в исходном состоянии, соответственно на вход

1026146

Устройство переводят в режим йастройки, переключая соответству1ощие коммутаторы 9 группуg щж этом

КОБтаКтя выбраниОГО КОММутатора От» ключавт K е регуляторы положения, ширниы и амплитуди от соответствующих K-х онерациоиных усилитеЛЕЙ ИЩ ЗОЙ И ВТОРОЙ P St и ПОД ключ мю к регуляторам соответству- ющие оиорные наир ркения „которые подаются с источника 8 онорнух напряже ннй .

Выходные напряжения К-х регуияторов положения, шнрини и амплитуды через контакты И -го коммута тора. группы 9 под@ются на входы соответствующих согласующих усилителей 1 0 °

Одновременно с этим с выхсща группы коммутаторов иостуцает управляющий сигнал иа выходной коммутатор 11, который устанавливаетая в состояние, соответствующее режиму индикации параметров и через соответствующие выходы управлярт режимами работы блоков регистрации, поднимая перо самописца 12 и пере,ключая режим работы цифрового вольтметра 13 из ждущего в автоматический.

Согласующие усилители, входящие в группу 10, предназначены для имитации входного сопротивления первой и второй группы операционных усилителей, а также для согласования уровней выходных напряжений, поступающих .на блоки регистрации. Таким образом, в режиме индикации, параметров через, входной коммутатор 11 на входы блоков регистрации одновременно посту-. дают следующие сигналы: на 5 вход самописца 12 - напряжение, пропорциональное положению К -го пика по координате ), на вход самописца

12 — напряжение, пропорциональное аы литуде К -ro пика, на вход цифрового вольтметра 13 — напрякение, пропорциональное ширине К -ro пика. При этом перо самописца устанав« ливается точно в поло>кение максимума пика, а на цифровом вольтметре индици руется значение ширины пика. Параметры согласующих усилителей группы 10 выбираются таким обраэом, чтобы они имели входное сопротивление, аналогичное входным сопротивлениям операционных усилителей первой н второй группы. При этом сохраняется соответствие регулировочных характеристик регуляторов в режимах подбора моделируемой функции и индикации параметров индивидуальных пиков при анализе сложных многокомпонентных сме сей. После подбора параметров первого.

l пика сложной многокомпонентной сме си подключается к коммутатору 11 через коммутаторы 9 другая группа регуляторов положения, ширины и ампли1туды второго пика и производится с их помощью установка пера самопис-, ца над второй анализируемой точкой (второй пик смеси ) и выбирается ширина кривой по вольтметру. Такая операция повторяется число раз, равное числу пиков в анализируемой; записи.

Затем устройство переводится в рабочий режим. При этом выходы настроенных регуляторов ширины, положе-. ния и амплитуды подключаются к соотЮ ветствующим операционным усилителям . первой и второй группы коммутаторами

9. С выхоца генератора 1.пилообразного напряжения напряжение развертки поступает на вход каждого из Й one3$ рационных усилителей, входящих в пер вую t pónnó операционных усилителей

2, одновременно напряжение- развертки подается через выходной коммутатор 11 на X вход самописца 12,:ооуО ществляя развертку записи.моделируемой Функции по координате Х ..

Корректор 14 скорости вырабатывает сигнал, пропорциональный абсо« лютной величине произвс>дной, который поступает на управляющий вход гене» ратора 1 пилообразного напряжения.

Сигнал с. выхода корректора 14 управляет генератором 1 и развертка моделируемой Функции по координате Х зависит от скорости изменения моделируе-+ мой функции таким образом, чтобы скорость записи была постоянной, равной максимально возможной при заданной динамической погрешности.

Ф Выходное напряжение с сумматора 5

35 через выходной коммутатор 11 поступает на двухко рдинатный самописец

12 который вычерчивает моделируемую

> кривую. По степени адекватности моделируемой и анализируемой функций судят о точности подбора параметров.

Устройство обеспечивает повышение быстродействия анализа эа счет уменьшения количества промежуточных записей. Это обусловлено тем, что используя режим настройки возможно совместить максимум и положение моделируемого пика с положением и максимальной .амплитудой исходной функции, а также установить значение ширины моделируемого пика по цифровому вольтметру беэ использования промежуточных записей.

Таким образом, устройство позволяет сократить время Т подбора совмещенных пиков на 40-50%, и на, 70-80% слабо совмещенных или разделенных пиков.

Устройство обеспечивает также снижение погрешности отсчета параметров пиков.

60 Поскольку нелинейности регулировочных характеристик регуляторов одинаковы в режимах подбора модельной функции к исходной и в ходе индикации параметров при анализе компонентов модельной функции, а са

1026146

Составитель В. Фукалов

Ре «актОЯ е дружникова . ехреу .рерГель кор ехтОР В. Вутяга

Заказ 4560/41 . Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

/ мописец при индикации параметров ;положения и амплитуды находится ,в статическом состоянии и динамическая. погрешность отсутствует, погрешность вывода параметров положения и максимума пика определя« ется погрешностью подбора параметров согласуюших элементов и статической погрешностью самописца и не превышает + (0,25-0,5)Ъ, что точнее по сравнению с отсчетом пара.метров по ручкам регулировок и десять раз или по отсчету по записи с динамическими погрешностями в пять раэ. Ъ

Погрешность измерения ширины пика также определяется погрешностью . подбора параметров согласующих элементов и .погрешностью измерения вольтметром и лежит в пределах

+ (0,15-0,25 %, что точнее по срав"

10 нению с отсчетом по ручкам регулировок.